Plantas Biodiesel

Antes de iniciar un proyecto de biocombustible es importante comprender los diferentes beneficios y costos en varias esferas. Sin tal comprensión, se pueden provocar consecuencias no previstas que sean muy profundas para las relaciones económicas, sociales ambientales de cada país y el mundo en general.

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se busca analizar el desempeño de los motores al emplear biodiesel y mezclas de biodiesel y diesel a diferentes porcentajes. Para lograr este objetivo general se realizaron las siguientes actividades:

- Instrumentación de un motogenerador.

- Análisis del desempeño mecánico de un motogenerador al usar diferentes mezclas dediesel y biodiesel.

- Análisis del desempeño ambiental de un motogenerador al usar diferentes mezclas de diesel y biodiesel.

Antecedentes históricos

El biodiesel es un combustible alternativo a los combustibles fósiles, fabricado a partir de material vegetal. Su combustión emite a la atmósfera una cantidad de CO2 que será absorbida por otro vegetal en el proceso de fotosíntesis. Así, el uso de un motor de encendido por compresión con biodiesel no modifica el ciclo de carbono y sólo incorpora adicionalmente el CO2 de la energía necesaria a la fabricación del combustible.

Se ha observado un fuerte crecimiento del uso de combustibles renovables a nivel mundial, debido a la preocupación cada vez mayor de los países en disminuir su dependencia del petróleo como combustible y sus emisiones de compuestos dañinos a la atmósfera. En efecto, el petróleo constituye hoy la primera fuente de energía en el mundo pero las incertidumbres que pesan sobre la continuidad de su abastecimiento en el tiempo motivan a los gobiernos para encontrar otras fuentes de energía. Las reservas probadas de petróleo deberían alcanzar a proveer el consumo durante unos 70 años más y las tensiones políticas entre el mundo occidental y los países productores no garantizan un precio bajo estable. De hecho, hemos visto en el 2006 que el precio del barril se ha elevado considerablemente, debido a la fuerte demanda respeto al nivel de producción previsto por miembros de la OPEP. Además, con ayuda de la comunidad científica internacional, la gente toma poco a poco conciencia del nivel excesivo de las emisiones ligadas a su modo de vida y de consumo. El uso de combustibles amigables con la naturaleza resulta ser la mejor vía de continuar con un mejoramiento de la calidad de vida sin perjudicar más a la naturaleza y sus recursos.

Europa y Estados-Unidos fueron los pioneros en la fabricación de biodiesel, siendo hoy los principales productores de este combustible. Los Estados tienden generalmente a bajar los impuestos sobre este combustible para desarrollar la vía "verde", debido a que el costo de producción más alto respecto al petróleo diesel clásico. La eximición de impuestos conjunto a una obligación de mezclar biocombustibles al petróleo fósil debería llevar Europa a vender todo su diesel con 5,75% de biodiesel al 2010.

La empresa Copec propone estudiar la factibilidad de fabricar biodiesel en Chile, porque todavía no se hace de manera industrial. Carlos Lonza, subgerente de Ingeniería y Operaciones, me propuso trabajar con él en el tema del diseño de una planta de biodiesel. Este tema es interesante por su aporte ambiental y el estudio de una tecnología en desarrollo en América Latina con aplicación industrial potencial. Así, esta memoria permite hacer un trabajo de investigación que podría desembocar en un proyecto de tamaño industrial.

La transesterificación de los aceites vegetales fue desarrollada en 1853 por los científicos E. Duffy y J. Patrick, muchos años antes de que el primer motor diésel funcionase. El primer modelo de Rudolf Diesel, un monocilíndrico de hierro de 3 metros con un volante en la base funcionó por vez primera en Augusta (Alemania), el 10 de agosto de 1893. En conmemoración de dicho evento, el 10 de agosto se ha declarado "Día Internacional del Biodiésel". Diesel presentó su motor en la Exposición Mundial de París de 1898. Este motor es un ejemplo de la visión de Diesel, ya que era alimentado por aceite de cacahuete –un biocombustble, aunque no estrictamente biodiésel, puesto que no era transesterificado-. Diesel quería que el uso de un combustible obtenido de la biomasa fuese el verdadero futuro de su motor. En un discurso de 1912, dice: “el uso de aceites vegetales para el combustible de los motores puede parecer insignificante hoy, pero tales aceites pueden convertirse, con el paso del tiempo, importantes en cuanto a sustitutos del petróleo y el carbón de nuestros días”.

Durante los años veinte, los fabricantes de motores diésel adaptaron sus propulsores a la menor viscosidad del combustible fósil (gasóleo) frente al aceite vegetal. La industria petrolera amplió así su hueco en el mercado de los carburantes porque su producto era más económico de producir que la alternativa extraída de la biomasa. El resultado fue, por muchos años, la casi completa desaparición de la producción de combustibles a partir de biomasa. Sólo recientemente la preocupación por el impacto ambiental y la menor diferencia de precios han hecho de los biocombustibles una alternativa válida.

A pesar del increíble uso de los derivados del petróleo como combustibles, durante los años veinte, treinta y la posguerra mundial, varios países (entre ellos Argentina) informaron de haber usado aceites como sustituto del diésel. Se detectaron problemas por la diferencia de viscosidad entre el aceite y el diésel, que producía depósitos dentro de la cámara de combustión y los inyectores. Algunos intentos para superar esto fueron aplicar una pirólisis y craqueo al aceite, mezclarlo con diésel de petróleo o etanol, o calentarlo.

El 31 de agosto de 1937, G. Chavanne de la Universidad de Bruselas, Bélgica, obtuvo la patente por “transformar aceites vegetales para su uso como combustibles”. La patente describía la transesterificación del aceite usando etanol o metanol para separar la glicerina de los ácidos grasos y reemplazarla con alcoholes de cadenas cortas. Esta fue la primera producción de biodiésel.

Más recientemente, en 1977, Expedito Parente, científico brasileño, inventó y patentó el primer proceso industrial de producción de biodiésel. Actualmente, Tecbio, la empresa de Parente, trabaja junto con Boeing y la NASA para certificar bio-queroseno.

Entre 1978 y 1996, el NationalRenewableEnergyLaboratory (NREL) estadounidense ha experimentado el uso de algas como fuente de biodiésel, dentro del AquaticSpeciesProgram. La experimentación del NREL, tras 16 años, está estancada debido a que el programa de investigación carece de financiación.

En 1979 se iniciaron en Sudáfrica investigaciones sobre cómo transesterificar aceite de girasol en diésel. Finalmente en 1983, el proceso de cómo producir biodiésel de calidad fue completado y publicado internacionalmente. Gaskoks, una industria austríaca, obtuvo esta tecnología y estableció la primera planta piloto productora de biodiésel en 1987 y una industrial en 1989.

Durante la década de los 90, se abrieron muchas plantas en muchos países europeos, entre ellos la República Checa, Alemania y Suecia. En los años noventa, Francia ha lanzado la producción local de biodiésel (conocido localmente como diéster) obtenido de la transesterificación del aceite de colza. Va mezclado en un 5% en el combustible diésel convencional, y en un 30 % en el caso de algunas flotas de tranporte público. Renault, Peugeot y otros productores han certificado sus motores para la utilización parcial con biodiésel, mientras se trabaja para implantar un biodiésel del 50%.

Francia empezó una producción local de biodiésel el cual se mezclaba en un 30% con diésel para transporte público. Renault y Peugeot certificaron motores de camiones con uso parcial de biodiésel (alrededor del 50%). Durante el año 1998 se identificaban 21 países con proyectos comerciales de biodiésel.

En septiembre del año 2005, Minnesota fue el primer estado estadounidense que obligaba un uso de, al menos, un 2% de biodiésel. En 2008, la ASTM (American SocietyforTesting and Materials) publicó los estándares y especificaciones de mezcla de biodiésel.

OBJETIVOS

El objetivo general de estar memoria es la implementación de una planta de biodiesel adaptada al mercado, siendo una investigación equivalente a la ingeniería conceptual de tal planta. Se entiende realizar un estudio de prefactibilidad técnico-económico de la utilización de tal planta.

Para lograrlo, se hará un estudio de los vegetales o aceites posibles de usar como materia prima y la selección de un proceso de fabricación. A partir de un análisis del mercado, se elegirán los parámetros de recursos y proceso, con el fin de hacer el diseño de la planta de fabricación de biodiesel. Este constará principalmente de un diagrama de flujo, de los balances de materia, de un listado de equipos y del cálculo mecánico y de precios de los equipos principales.

Por fin, se establece una estimación del costo de la planta, o sea de la inversión inicial, y del biodiesel producido. Esta evaluación permite destacar a partir de qué precio del petróleo diesel se hace viable el proyecto.

Descripción de la Problemática

La conservación del aire, el agua y el suelo hoy en día son los elementos primordiales a tomar en cuenta para la sobrevivencia de las especies en la tierra, incluida

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